Цель работы

 

Изучение физических процессов в мостовой схеме выпрямления (схема Греца) и умножения напряжения (схема Латура).

Освоение методики расчета мостовой схемы выпрямления, методики экспериментального определения основных параметров данной схемы и схемы умножения напряжения.

 

1.2 Методические указания по организации самостоятельной работы студентов

Подготовку к выполнению работы следует начинать с самостоятельной проработки соответствующих разделов учебников [1, 2, 3, 5], обращая особое внимание на общие и отличительные свойства схем Греца и Латура.

Сравнивая обе исследуемые схемы важно отметить, что их силовой трансформатор (СТ) имеет одну фазную обмотку, через которую в процессе выпрямления протекают импульсы зарядного тока противоположной полярности с определенным углом отсечки. Значит, в фазной обмотке обеих схем отсутствует постоянный ток, подмагничивающий магнитопровод сердечника СТ.

Частота пульсации на нагрузке схем равна удвоенной частоте сети, что облегчает процесс сглаживания выпрямленного напряжения. Однако на нагрузке возможно появление пульсации, равной частоте сети. Для схемы Греца это возможно при условии неравенства внутренних сопротивлений вентилей. В схеме Латура асимметрия мостового соединения диодов и конденсаторов может наступить также при неравенстве емкостей конденсаторов. Асимметрия моста обеих схем вызовет также неравенство углов отсечки импульсов зарядного тока, их амплитуды, что приведет к появлению тока подмагничивания сердечника СТ.

В связи с этим возникает вопрос, как зависят углы отсечки токов вентилей: от неравенства вентилей или емкостей конденсаторов.

Дальнейшее сравнение схем позволяет выявить их различия, заключающиеся в том, что обратное напряжение на вентилях схемы Латура равно двойному фазному напряжению (амплитуда), а в схеме Греца – лишь фазному; выходное напряжение в первой схеме в два раза больше, чем во второй; внешняя характеристика схемы Латура будет круче спадать, чем в схеме Греца, так как при прочих равных условиях суммарная емкость двух последовательно включенных конденсаторов в первой схеме в два раза меньше, чем во второй.

Необходимо иметь четкое представление о том, каковы ожидаемые результаты исследования двух однофазных двухтактных схем. Для этих целей

следует основательно разобраться в физических процессах, происходящих в данных схемах.

На рис. 1. 1а приведено построение, дающее возможность уяснить, какие изменения происходят в схеме выпрямления, если параллельно нагрузке подключить конденсатор фильтра.

Работа вентиля схемы выпрямления с активной нагрузкой представлена построением, выполненными пунктирными линиями. Здесь: 1 – вольт - амперная характеристика вентиля; 2 – нагрузочная (внешняя) характеристика выпрямителя. Амплитудное значение фазного напряжения будет состоять из суммы напряжений , где - падение напряжения на внутреннем сопротивлении вентиля в его проводящем состоянии, а . Очевидно, . Поэтому при изменении будет изменяться угол , а также и .

Поскольку ток протекает через фазную обмотку и , то (с углом отсечки ). Этот ток создает на напряжение , среднее значение которого .

При подключении конденсатора параллельно существенно изменяется режим работы вентиля:

- на конденсаторе создается постоянное напряжение , смещающее рабочую точку вентиля в область отрицательных значений напряжения (с 0 в ), так как приложено плюсовым потенциалом к катоду вентиля;

- резко сокращается время работы вентиля и его угол отсечки тока становится значительно меньше ;

- сопротивление нагрузки схемы выпрямления по переменному току становится значительно меньше , так как ;

- нагрузочная характеристика 3 проходит теперь почти параллельно оси тока вентиля, вследствие чего амплитуда тока резко возрастает;

- выходное напряжение приближается к ;

- обратное напряжение на вентиле также возрастает и становится равным примерно ;

- резко уменьшается , так как напряжение пульсаций уменьшается, а напряжение возрастает.

Существенные изменения происходят также в характере хода внешней характеристики схемы выпрямления с активно-емкостной нагрузкой (рис.1.1б).

Если за исходный режим схемы принять и , то при уменьшении точка 1 переместится в 2, поскольку увеличится, параметр возрастает, а уменьшится.

Переход на более пологую внешнюю характеристику (из 2 в 3) возможен: при увеличении ; уменьшении ; увеличении . Следует уяснить, как при этом изменится угол отсечки тока вентиля .

Переход из 3 в 4 осуществляется увеличением .

a

б

Рисунок 1.1 - Графическое представление работы выпрямителя:

а – с активной и активно-емкостной нагрузкой;

б – внешние характеристики.

При отключении конденсатора, когда схема выпрямления переходит в режим работы с , происходит уменьшение и напряжения, и тока на выходе выпрямителя (точка 5).

При отключении же схема выпрямления начинает работать только на конденсатор. Такой режим называется режимом холостого хода. При этом конденсатор заряжается до .

С помощью осциллографа предстоит проводить измерения ряда параметров исследуемых схем, поэтому необходимо усвоить методику экспериментального определения угла отсечки тока вентиля; амплитуды тока вентиля ; коэффициента пульсаций (см. п.1.4).

Необходимо также выполнить индивидуальное задание по расчету мостовой схемы выпрямления (исходные данные приведены в табл.1.1). Следует подготовить бланк отчета и занести в него схемы, таблицы.

 

Таблица 1.1

Вариант расчета
,В
,мА
	0,01	0,02	0,03	0,04	0,02	0,01	0,05	0,02	0,05	0,1

 

Общие данные: , .

 

Расчет параметров мостовой схемы выпрямления напряжения

Расчет выполняется используя приведенные ниже соотношения.

По исходным данным определяем расчетный параметр

,

где ;

- сопротивление потерь фазы выпрямления, ;

(табл.1.2).

 

Таблица 1.2

, Вт	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7
	0,08	0,07	0,06	0,05	0,04	0,04	0,04

Определив по графикам рис.1.2 находим

Расчет параметров трансформатора и вентилей производится по формулам:

.

Результаты расчета заносятся в табл.1.3 для экспериментальной проверки.

 

Таблица 1.3

Параметры	,В	,мА	,В	,мА		,мА			, мкФ
Расчет
Эксперимент (схема Греца)
Эксперимент (схема Латура)

 

Рисунок 1.2 - Графики для определения